He participado en la sección «Aparici en Órbita» de Alberto Aparici @ScienceCompass en el programa “Más de Uno” @Más de uno por Carlos Alsina @Carlos_Alsina en Onda Cero Radio @OndaCero_es. Os recomiendo disfrutar del podcast «Aparici en órbita: La legendaria disputa entre Einstein y Bohr y el Premio Nobel de Física 2022», Ola cero, 12 de octubre de 2022; «Aparici en Órbita s05e03: La naturaleza de la teoría cuántica y el Premio Nobel de Física 2022, con Francis Villatoro», Aparici en Órbita, iVoox, 08 oct 2022. Más información sobre este Premio Nobel en “Premio Nobel de Física 2022: Aspect, Clauser y Zeilinger por ser pioneros en el uso del entrelazamiento cuántico en la información cuántica”, LCMF, 04 de octubre de 2022.
Alberto Aparici me invitó a hablar sobre el Premio Nobel de Física 2022, un verdadero placer. Comienza el podcast con el himno danés en honor al danés Niels Bohr; Alsina recuerda su gran amistad con el físico alemán Albert Einstein, pero destaca su mutua disputa sobre la naturaleza de la física cuántica. Alberto exagera un poco cuando dice que los físicos de hoy todavía están discutiendo este tema. Nos dice que Bohr y Einstein no están de acuerdo sobre si el cuanto describe la información disponible sobre la realidad o si describe la realidad misma. Alberto se enfoca en la forma de los electrones en los átomos; simplifica la discusión al hilo de la dualidad onda-partícula. Afirma que Einstein pensaba que la cuántica era correcta pero incompleta, y aprovecha para introducir la idea de la teoría de las variables ocultas (que existe una física “real” que se esconde debajo de la cuántica). Los premios Nobel de Física 2022, Aspect, Clauser y Zeilinger, han demostrado que las variables ocultas de Einstein no existen. O mejor dicho: pueden existir, pero dejarían a Einstein muy insatisfecho.
Alsina me pregunta por mis “bolsas de premios Nobel”, ya que este año acerté los tres de Física y uno de Química. Comentó que saqué cuatro de siete y podría haber sido seis de siete si hubiera tenido las agallas de predecir un segundo Nobel para Barry Sharpless, pero parecía imposible.
Alsina me pide que rectifique Alberto, ¿no hay mejor teoría que la cuántica como quería Einstein? ¿Tenemos que resignarnos? Respondo volviendo a la demostración matemática de von Neumann en 1932 de la imposibilidad de la existencia de una teoría de variables ocultas locales, como las que le gustaban a Einstein. Alberto aclara que local significa que es relativista, que cumple con la teoría de la relatividad de Einstein. Menciono que Bell se dio cuenta de que esto no se podía demostrar matemáticamente, la única opción para convencer a Einstein y sus seguidores era realizar experimentos. La naturaleza tenía que ser escuchada. Bell introdujo algunas desigualdades matemáticas que todas las teorías clásicas deben satisfacer, pero que las matemáticas cuánticas no. La naturaleza era la única que podía decidir definitivamente el debate entre Einstein y Bohr.
Los premios Nobel han realizado tales experimentos. John Clauser en 1972, pero su experimento tenía una brecha de localidad, sus dos detectores estaban demasiado juntos. Alain Aspect perfeccionó el experimento y en 1982 separando los detectores trece metros, haciendo las medidas en dieciocho nanosegundos, que la luz viaja en unos cinco metros, entonces no pueden comunicarse entre sí. Pero los seguidores de Einstein propusieron muchas otras lagunas. Anton Zeilinger ha liderado la realización de experimentos que han ido eliminando una a una todas las lagunas, hasta que en 2015 llegó una versión libre de lagunas que fue aceptada por todos. Gracias a Clauser, Aspect y Zeilinger, Nature ha hablado y nos ha dicho que no existe una teoría de variables ocultas locales. La mecánica es una teoría completa.
Alberto comenta que una teoría de la variable oculta no local implica que hay una transmisión de información más rápida que la luz en el vacío. Entonces, para evitar esta posibilidad, los experimentos a veces están separados por distancias de muchos kilómetros. Comentó que hoy no hay duda de que la Naturaleza ha hablado y ha decidido el debate del lado de Bohr. Alberto comenta que todavía hay físicos que se adhieren a la idea de Einstein, porque les parece más adecuada a su intuición.
Alsina destaca que el Comité del Nobel señaló que con el trabajo de los tres premiados “se inició la era de la información cuántica”. ¿Qué diferencia la información cuántica de la información periodística normal? Respondo que cuando se transmite información por un canal, se transmiten unidades de energía que codifican dicha información. La diferencia entre cuántica y clásica es la descripción probabilística de la información; en cuántica se utiliza una probabilidad cuántica que se describe por amplitudes de probabilidad, que no son probabilidades y pueden ser negativas, lo que permite una mayor riqueza que en la clásica que utiliza una probabilidad convencional; la cuántica permite una mayor riqueza a la hora de procesar la información gracias a fenómenos de interferencia cuántica constructiva y destructiva (que equivalen a la existencia de “probabilidades negativas”).
¿Es la realidad cuántica más real que la realidad? Una pregunta filosófica a la que Alberto responde que la realidad cuántica es la realidad. Agrego que lo que no es real es la realidad que percibimos en nuestra vida cotidiana. Los objetos macroscópicos que nos rodean tienen propiedades muy diferentes a las de los átomos y partículas que los constituyen. Creemos que la realidad cotidiana es la realidad, pero nos engañamos, según la física, la realidad es la que describe la física cuántica, hoy.
Agrego que la información cuántica es muy útil porque habilita las computadoras cuánticas, el internet cuántico y el cifrado cuántico. Predigo que dentro de treinta años todos nuestros teléfonos móviles tendrán un chip cuántico que se comunicará con un satélite para usar cifrado cuántico seguro para todas nuestras transacciones seguras en Internet, por ejemplo, cuando usamos nuestra tarjeta bancaria para pagar en línea. Todo esto será gracias a la física cuántica y gracias al trabajo de estos físicos pioneros y premios Nobel. Lo que hicieron estos pioneros en las décadas de 1970 y 1980 es ahora completamente normal en todos los laboratorios de física del mundo. Bromeo diciendo que incluso los ingenieros usan estas tecnologías; Los ingenieros cuánticos ya están utilizando las herramientas científicas básicas que desarrollaron estos pioneros.
Alberto comenta que la información cuántica es un concepto muy importante en el debate entre Einstein y Bohr. Hoy interpretamos la teoría cuántica de un electrón como una descripción de la información que lleva el electrón, como decía Bohr, no del electrón como tal, como prefería Einstein. Esta información sobre el electrón nos dice la carga que lleva el electrón, la posición en la que se encuentra, la velocidad a la que se mueve, etc. El cuanto nos habla de todas estas propiedades del electrón que podemos medir en los experimentos, pero no describe al electrón en sí. El electrón en sí mismo es una cosa filosóficamente inaccesible, podemos medir sus propiedades con ciertos dispositivos, pero no tenemos acceso al objeto en sí. Una pregunta filosófica muy interesante.
Comente que el electrón es una partícula fundamental. Los objetos fundamentales son objetos que por definición no pueden ser explicados por nada más fundamental. No podemos explicar el electrón como hecho de algo más fundamental, porque el electrón es fundamental. Puedes explicar los átomos como formados por electrones y núcleos, porque no son fundamentales. Pero los objetos fundamentales no pueden explicarse con objetos más fundamentales.
Por cierto, Alberto me dijo que tal vez me preguntarían por qué los ganadores utilizan el entrelazamiento cuántico de fotones en sus experimentos. Preparé una respuesta usando las medias reversibles blancas y negras de Alberto (las de su equipo de fútbol) en línea con mi pieza “Las medias entrelazadas de Adán y Berto”, CLMF, 08 de enero de 2013.
El entrelazamiento cuántico es una correlación entre las propiedades de los sistemas cuánticos. Te pongo un ejemplo: imagina que Alberto es un poco freak y siempre lleva calcetines bicolores reversibles, blanco por fuera y negro por dentro, el color de la equipación del Castellón. Siempre usa los dos calcetines del mismo color por fuera, pero algunos días muestran el color por dentro y otros muestran el color por fuera. Imagina que le quito un calcetín a Alberto, se lo enseño a Alsina y le pregunto de qué color es el calcetín que tiene Alberto en el otro pie. Si Alsina no sabe si le he dado la vuelta al calcetín o si no se lo he dado antes de enseñárselo, solo puede saber que será blanco o negro. Tiene un 50% de posibilidades de acertar. Por supuesto, si me vio quitármelo y sabe que no lo volteé, tendrá razón el 100% del tiempo. Este es un ejemplo de una correlación clásica.
Si los calcetines de Alberto fueran cuánticos, se podrían preparar en un estado entrelazado en el que los calcetines no son ni blancos ni negros, sino en un estado de superposición de ambos colores. Por supuesto, después de mirar un calcetín aparecerá como blanco o somos negros, pero no tienen un color determinado cuando no los miramos (como el famoso gato de Schrödinger en la caja que no sabemos si es vivo o muerto). Si Alsina supiera física cuántica, podría predecir el color del calcetín del pie de Alberto con una probabilidad superior al 50% haciendo un experimento con el calcetín que le muestro antes de mirarlo. Dado que es imposible para ella acertar su respuesta con un 100% de probabilidad, la física cuántica le permite predecir el color del calcetín que lleva Alberto con casi un 71% de probabilidad. La razón es que las correlaciones cuánticas entre dos sistemas entrelazados son más fuertes que las correlaciones clásicas. Este aumento de probabilidad del 50% clásico al 71% cuántico gracias al entrelazamiento es lo que demostraron Clauser, Aspect y Zeilinger en sus experimentos con fotones.
¡Disfruta del pódcast!
Leave a Reply